低氣壓試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬空間環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在空間環(huán)境模擬系統(tǒng)中所用的低氣壓試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低氣壓試驗是空間環(huán)境模擬試驗中非常重要的試驗項目，主要考核航天器或航天器系統(tǒng)組件是否能夠耐受低氣壓環(huán)境、是否能夠在低氣壓環(huán)境下正常工作、是否能夠耐受空氣壓力快速變化，防止航天器或航天器系統(tǒng)組件在發(fā)射過程中或在軌時失效。目前的低氣壓試驗主要用低氣壓試驗箱完成，但低氣壓試驗箱的極限壓力只能達到12Pa的量級，而目前進行深空探測的航天器或航天器組件在進行低氣壓試驗時要求的壓力值低于12Pa的量級，有的低氣壓試驗要求的壓力值甚至達到10—5Pa量級的水平，故現(xiàn)有的低氣壓試驗箱無法滿足試驗的要求。
[0003]對于壓力在12Pa以下的低氣壓試驗，目前通用的做法是在空間環(huán)境模擬試驗設(shè)備中進行，但其具有兩個局限性:一是真空抽氣系統(tǒng)啟動后降壓速率無法調(diào)節(jié);二是真空抽氣系統(tǒng)啟動后，在達到設(shè)備的極限真空度之前壓力是逐漸降低的，無法將壓力穩(wěn)定在試驗所要求的壓力值附近。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能將壓力穩(wěn)定在試驗所要求的壓力范圍內(nèi)的低氣壓試驗控制裝置，所說的低氣壓是指其壓力低于102Pa。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種低氣壓試驗裝置，其包括真空罐、抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特殊之處在于:還包括充氣系統(tǒng)。
[0006]抽氣系統(tǒng)包括兩條抽氣管路，其中第一抽氣管路上串接有第一氣動閥和電動壓力調(diào)節(jié)閥，第二抽氣管路上串接有第二氣動閥和分子栗。第一抽氣管路和第二抽氣管路的一端均與真空罐相連通，第一抽氣管路和第二抽氣管路的另一端匯聚于主管路。主管路上接有干式螺桿栗。
[0007]壓力測量系統(tǒng)包括與真空罐相連的絕壓壓力變送器和全量程真空規(guī)。
[0008]充氣系統(tǒng)包括質(zhì)量流量計和電磁閥，質(zhì)量流量計通過電磁閥與真空罐相連。
[0009]上述抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)均與控制系統(tǒng)相聯(lián)接。
[0010]若低氣壓試驗所需壓力值低于IX 10—2Pa,可在上述基本方案的基礎(chǔ)上增加一條抽氣管路，即增加第三抽氣管路。在第三抽氣管路上串接有氣動插板閥和低溫栗，其中氣動插板閥與真空罐相連通。
[0011]上述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制器、PID調(diào)節(jié)器和遠程上位計算機。
[0012]為更好的保護分子栗，延長其使用壽命，本發(fā)明在上述分子栗的兩端都串接有第二氣動閥。
[0013]同理為了延長低溫栗的使用壽命，本發(fā)明在上述低溫栗的另一端串接有第三氣動閥。
[0014]上述第一氣動閥和電動壓力調(diào)節(jié)閥之間接有皮拉尼真空規(guī)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0016](I)可精確控制降壓速率
[0017]本發(fā)明在抽氣過程中通過壓力測量系統(tǒng)連續(xù)的采集真空罐內(nèi)的壓力值，并將采集的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器控制電動壓力調(diào)節(jié)閥的開度以控制抽氣速率，從而達到控制降壓速率的目的。
[0018](2)可精確控制升壓速率
[0019]本發(fā)明在真空罐壓力達到預定壓力值的范圍時，控制系統(tǒng)打開質(zhì)量流量計和電磁閥便可向真空罐內(nèi)充氣。在充氣升壓的過程中通過壓力測量系統(tǒng)連續(xù)采集真空罐內(nèi)的壓力值，并將采集的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器控制質(zhì)量流量計以調(diào)整充氣速率，從而達到控制升壓速率的目的。
[0020](3)可將真空罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定在要求的壓力范圍內(nèi)
[0021]試驗時，本發(fā)明的控制系統(tǒng)可同時控制抽氣速率和充氣速率，在接近預定的壓力值附近時，由控制系統(tǒng)調(diào)整抽氣速率和充氣速率，最終在預定的壓力值抽氣速率和充氣速率達到平衡，即可將壓力穩(wěn)定在試驗所要求的壓力范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0023]其中:1_真空罐；2-全量程真空規(guī);3-絕壓壓力變送器;4-質(zhì)量流量計；5-電磁閥；6-氣動插板閥；7-低溫栗;8-第三氣動閥；9-第三抽氣管路；10-干式螺桿栗；11-主管路；12-第一抽氣管路;13-電動壓力調(diào)節(jié)閥；14-皮拉尼真空規(guī)；15-第一氣動閥；16-第二抽氣管路；17-第二氣動閥；18-分子栗。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明所提供的低壓力試驗裝置包括真空罐1、抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
[0026]真空罐I由罐體和罐蓋組成，罐體和罐蓋閉合可形成密閉空間，試驗所用的參試產(chǎn)品放置在該密閉空間內(nèi)。
[0027]抽氣系統(tǒng)包括兩條抽氣管路，其中第一抽氣管路12上串接有第一氣動閥15和電動壓力調(diào)節(jié)閥13，第二抽氣管路16上串接有第二氣動閥17和分子栗18。第一抽氣管路12和第二抽氣管路16的一端均與真空罐I相連通，第一抽氣管路12和第二抽氣管路16的另一端匯聚于主管路11。主管路11上接有干式螺桿栗10。
[0028]壓力測量系統(tǒng)包括與真空罐I相連的絕壓壓力變送器3和全量程真空規(guī)2。
[0029 ]充氣系統(tǒng)包括質(zhì)量流量計4和電磁閥5，質(zhì)量流量計4通過電磁閥5與真空罐I相連。
[0030]控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制器、PID調(diào)節(jié)器和遠程上位計算機?？刂葡到y(tǒng)與上述抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)相聯(lián)接，用于控制抽氣速率和充氣速率。
[0031]若低氣壓試驗所需壓力值低于IX 10—2Pa,可在上述基本方案的基礎(chǔ)上增加一條抽氣管路，即增加第三抽氣管路9。在第三抽氣管路9上串接有氣動插板閥6和低溫栗7，其中氣動插板閥6與真空罐I相連通。
[0032]為更好的保護分子栗18和低溫栗7，延長其使用壽命，本發(fā)明在分子栗18的兩端都串接有第二氣動閥17，在低溫栗7的另一端串接有第三氣動閥8。
[0033]為提高測量精度，在第一抽氣管路9上位于第一氣動閥15和電動壓力調(diào)節(jié)閥13之間還接有皮拉尼真空規(guī)14。
[0034]本發(fā)明的具體工作過程為:
[0035]試驗時，將參試產(chǎn)品放置于真空罐I內(nèi)，閉合罐蓋和罐體。
[0036](I)試驗所需壓力值高于10Pa時:
[0037]步驟1:打開第一氣動閥15和電動壓力調(diào)節(jié)閥13，并啟動干式螺桿栗10，抽氣系統(tǒng)開始抽氣。在抽氣過程中真空測量系統(tǒng)連續(xù)采集真空罐I內(nèi)的壓力值和真空度，并將采集的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制器，由控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器控制電動壓力調(diào)節(jié)閥13的開合角度在0°?90°之間變化(0°時抽氣速率為零，90°時抽氣速率最大)。
[0038]步驟2:當真空罐I內(nèi)的壓力值達到預定值時，控制系統(tǒng)打開質(zhì)量流量計4和電磁閥5，由于真空罐I的內(nèi)外壓差較大，在質(zhì)量流量計4和電磁閥5打開后真空罐I外的空氣便自動進入真空罐I內(nèi)。控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器可同時控制充氣速率和抽氣速率，當充氣速率和抽氣速率相等時，真空罐I內(nèi)的壓力即達到平衡，此后使充氣速率和抽氣速率始終保持一致，即可將真空罐I內(nèi)的壓力穩(wěn)定在試驗所需的范圍內(nèi)。
[0039 ] (2)試驗所需壓力值為I OOPa?I X I O—2Pa時:
[0040]步驟1:重復上述(I)中的步驟I，僅第一抽氣管路工作，當真空罐I內(nèi)的壓力降至I OOPa左右時關(guān)閉第一氣動閥15和電動壓力調(diào)節(jié)閥13。
[0041]步驟2:打開第二氣動閥17并啟動分子栗18。當真空罐I內(nèi)的壓力值降至預定值時，控制系統(tǒng)打開質(zhì)量流量計4和電磁閥5向真空罐I內(nèi)充氣，并實時調(diào)整充氣速率。此階段中由于真空罐I內(nèi)的氣體分子很少，第二抽氣管路的抽氣速率很低，因此不需要調(diào)節(jié)抽氣速率，僅由PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)充氣速率，使充氣速率等于抽氣速率并使二者始終保持一致，即可將真空罐I內(nèi)的壓力穩(wěn)定在試驗所需的范圍內(nèi)。
[0042](3)試驗所需壓力值低于I X 10—2Pa時:
[0043]重復上述(2)中的步驟I和步驟2將真空罐I的壓力值降至IX 10—2Pa左右時，關(guān)閉第二氣動閥17，然后打開第三支管路的第三氣動閥8和氣動插板閥6，并啟動低溫栗7。當真空罐I內(nèi)的壓力值降至預定值時，控制系統(tǒng)打開質(zhì)量流量計4和電磁閥5向真空罐I內(nèi)充氣，并實時調(diào)整充氣速率。同理，此階段不需要調(diào)節(jié)抽氣速率，僅由PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)充氣速率，使充氣速率等于抽氣速率并使二者始終保持一致，即可將真空罐I內(nèi)的壓力穩(wěn)定在試驗所需的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.低氣壓試驗裝置，包括真空罐、抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng);其特征在于:還包括充氣系統(tǒng)； 所述抽氣系統(tǒng)包括兩條抽氣管路，其中第一抽氣管路上串接有第一氣動閥和電動壓力調(diào)節(jié)閥，第二抽氣管路上串接有第二氣動閥和分子栗;所述第一抽氣管路和第二抽氣管路的一端均與真空罐相連通，第一抽氣管路和第二抽氣管路的另一端匯聚于主管路;主管路上接有干式螺桿栗； 所述壓力測量系統(tǒng)包括與真空罐相連的絕壓壓力變送器和全量程真空規(guī)； 所述充氣系統(tǒng)包括質(zhì)量流量計和電磁閥;所述質(zhì)量流量計通過電磁閥與真空罐相連； 所述抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)均與所述控制系統(tǒng)相聯(lián)接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氣壓試驗裝置，其特征在于:所述抽氣系統(tǒng)還包括第三抽氣管路;第三抽氣管路上串接有氣動插板閥和低溫栗，其中氣動插板閥與真空罐相連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低氣壓試驗裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制器、PID調(diào)節(jié)器和遠程上位計算機。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低氣壓試驗裝置，其特征在于:所述第二氣動閥有兩個，分別串接在所述分子栗的兩端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低氣壓試驗裝置，其特征在于:所述低溫栗的另一端串接有第三氣動閥。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低氣壓試驗裝置，其特征在于:所述第一氣動閥和電動壓力調(diào)節(jié)閥之間安裝有皮拉尼真空規(guī)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在空間環(huán)境模擬系統(tǒng)中所用的低氣壓試驗裝置，其包括真空罐、抽氣系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。抽氣系統(tǒng)包括兩條抽氣管路，第一抽氣管路上串接有第一氣動閥和電動壓力調(diào)節(jié)閥，第二抽氣管路上串接有第二氣動閥和分子泵。第一抽氣管路和第二抽氣管路的一端均與真空罐相連通，第一抽氣管路和第二抽氣管路的另一端匯聚于主管路。主管路上接有干式螺桿泵。壓力測量系統(tǒng)包括與真空罐相連的絕壓壓力變送器和全量程真空規(guī)。充氣系統(tǒng)包括質(zhì)量流量計和電磁閥。抽氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)均與控制系統(tǒng)相聯(lián)接。本發(fā)明所提供的低氣壓試驗裝置能同時控制抽氣速率和充氣速率，將壓力穩(wěn)定在試驗所要求的壓力范圍內(nèi)。
【IPC分類】B64G7/00
【公開號】CN105539888
【申請?zhí)枴緾N201510874218
【發(fā)明人】賽建剛, 王亞軍, 高博, 高斌, 張海民, 薛勛, 劉峰, 徐亮, 田留德, 胡丹丹, 張潔
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月2日